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静电除尘器用智能高压直流电源的研制

作者:admin来源:本网 日期:2017-10-19 9:13:00 人气: 标签:

  随着工业生产的不断发展,工业粉尘和废气的排放量及种类日益增加,对环境的污染愈加严重,尤以冶金、矿山、建材、化工等行业为甚,须用静电除尘器来有效收集起这些分散性大、移动范围广的粉尘,但其传统高压电源体大笨重,移动不便,电源输出特性和除尘效率不够理想。近年来电力电子技术的巨大发展特别是新一代功率电子器件如IGBT(绝缘栅极晶体管)、MOSFET(场效应管)等的应用使得高频逆变技术越来越成熟,并已广泛应用于直流一直流变换、直流交流逆变等场合。本文基于此设计一种高压逆变电源来代替传统高压电源,可减小高压电源装置的体积与重量,提高系统效率,同时在输出电特性的可控性、使用效果、节约成本等方面也有明显优势。

  1系统硬件设计电源结构。1主电路和工作机理主电路原理见高频逆变器中的功率开关~VT4采用目前世界上先进的电力电子器件IGBT,它是将MOSFET的高输入阻抗、可用电点集于一体的新型复合器件。交流电压经整流斩波器调压滤波得到直流电流后加到全桥式高频逆变器上,VD1~VD4与VT1~VT4反向并联,承受负载产生的反向电流以保护开关管。引入C4和R3~R6及4个VD,以降低VTi~VT4在关断时的电压上升速度和关断损耗。桥式对边上的两只IGBT(如VTi、VT4或VT2、VT3)同时导通和关断,同边上的两只IGBT交替通断,相位差为180°。当VHT4激励导通而VT2、VT3关断时Ui经V1、VT4向高频高压变压器提供反极性电流;当VT2、VT3激励导通而VTi、VT4关断时R经VT2、VT3向高频高压变压器提供正极性电流。控制这两组IGBT的轮流导通、导通时间及相对比例,就可得到脉宽可调的高频(20kHz)矩形波交流电11,再送到高频高压变压器,经升压整流滤波输出给负载(静电除尘器)供电。

  1.2控制电路的工作机理(1)单片机控制器整个电源系统为具有自诊断和人机交换式的控制功能而设有PHILIPS系列单片机80C5222,它主要负责实时监控和与上位机进行数据通信。单片机通过A/D转换通道定时采集除尘器工作时反馈的电流电压值,并通过一定算法得出控制量Uk,输出给脉宽调制控制器进而改变调制脉冲宽度;同时根据用户需求来改变电源外特性的形式如恒流、恒压、缓降等;还定期将本电源模块的输出电流、电压、火花率等信息传递给上位机,并将故障信息由串口发向上位机以示警告,同时接收来自上位机的控制命令使自身投入或退出工作或改变工作参数131. V一主电路原理图Fig移相脉宽调制电路Fig脉宽调制控制器(电路见)的作用主要是为驱动电路提供控制脉冲以实现PWM控制,其核心是产生PWM信号的专用集成芯片UC3875.UC3875内部提供了软启动、欠压锁定和过流保护等功能,目前应用较成熟。脉宽调制控制器主要包括基准电压源、高速振荡器、锯齿波发生器、误差放大器、过流保护和软启动、移相控制信号发生器、输出级等。

  %/逊铵输入电压/V 2系统软件设计各电源模块的单片机都有独立的主程序以及与上位机的数据通信子程序、外特性控制子程序等(见)。通信子程序的功能主要是接收上位机发送的数据和指令完成远程控制,并定时向上位机传递该电源工作时的参数完成上位机对电源模块的实时监控。外特性控制子程序的功能主要是根据用户需求完成各种外特性的控制14.通信及外特性控制子程序流程图除尘器工作过程中电极上最大平均电压对应于电极间火花放电的最佳频率,即保持电极上平均电压的最大水平就相当于将除尘器的运行工况保持在火花放电的最佳频率之下。因此,无论在哪种外特性下,工作电压与电流大小的调节都以火花率为控制讯号,以此来改变给定参数,并通过PWM控制来实现调节。

  3实验及分析主逆变桥PWM调节对效率影响的实验研究结果(见)表明,输入电压相同、脉宽与周期之比即占空比<50%时该电源的效率随占空比增大而增大;占空50%时效率随占空比增大而减小。由此可见,大范围调节占空比会使电源进入效率很低的区域而占空比为40%~70%时效率则很高。为了达到高效率,规范调节方式采用由斩波电路调节占空比一效率曲线图实验条件为静电除尘器极板面积250m2、极间距150mm、占空比60%、频率18. 6kHz时,该电源的现场实验测试结果(见)表明,输出电压达58kV(此时电流82mA)时除尘器开始发生闪络,该电源达到设计要求。

  4结论通过主逆变桥PWM调节对效率影响研究所确定的规范调节方式(即由斩波电路调节直流母线电压)证明是可行的;采用这种高频逆变电路和控制方式可很方便地实现各种特点的外特性控制,系统参数动态控制响应速度快;与传统电源相比,该高压逆变电源的体积和重量均大为减少,对电能的利用率有所提高,对除尘器的控制也更方便,还可与工控机进行数据通信实现对除尘器的远程控制。

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